DE10201476A1

DE10201476A1 - Laser processing device

Info

Publication number: DE10201476A1
Application number: DE10201476A
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Mayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: EP1465747B1; JP2005514212A; CN1617784A; KR20040073563A; US6727462B2; DE50306459D1; US20030141288A1; WO2003059567A1; DE10201476B4; CN1310733C; EP1465747A1

Abstract

Die Erfindung schafft eine Laserbearbeitungsvorrichtung 100, mit der in einem einzigen Bearbeitungsprozess zwei voneinander unabhängige Laserstrahlen 110, 120 auf das gleiche Bearbeitungsfeld gelenkt werden können. Dies wird ermöglicht durch die Verwendung eines zumindest teilweise reflektierenden optischen Elements 130, welches derart ausgebildet ist, dass der erste Laserstrahl 110 im wesentlichen transmittiert wird und der zweite Laserstrahl 120 im wesentlichen reklektiert wird. Die Strahlengänge der beiden Laserstrahlen 110 und 120 werden vor dem Auftreffen auf das zumindest teilweise reflektierende optische Element 130 unabhängig voneinander durch zwei Ablenkeinheiten 111 und 121 variiert. Damit ergeben sich viele vorteilhafte Möglichkeiten für eine präzise und zügige Materialbearbeitung.The invention provides a laser processing device 100 with which two independent laser beams 110, 120 can be directed onto the same processing field in a single processing process. This is made possible by the use of an at least partially reflective optical element 130, which is designed such that the first laser beam 110 is essentially transmitted and the second laser beam 120 is essentially reflected. The beam paths of the two laser beams 110 and 120 are varied independently of one another by two deflection units 111 and 121 before they strike the at least partially reflective optical element 130. This results in many advantageous options for precise and rapid material processing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen. The invention relates to a device for processing Objects using laser beams.

Laserbearbeitungsmaschinen verwenden heutzutage häufig zwei oder auch mehrere verschiedene Laserstrahlen, die unabhängig voneinander auf das zu bearbeitende Objekt gelenkt werden. Zur Erzeugung der verschiedenen Laserstrahlen sind nicht unbedingt mehrere verschiedene Laserlichtquellen erforderlich. Es genügt auch der von einem einzigen Laser ausgesandte Laserstrahl, der beispielsweise mittels eines Strahlteilers in mehrere Teilstrahlen aufgespalten wird, die danach auf das zu bearbeitende Objekt gelenkt werden können. Laser processing machines today often use two or even several different laser beams that are independent be directed from each other to the object to be processed. To generate the various laser beams are not several different laser light sources are absolutely necessary. The one emitted by a single laser is also sufficient Laser beam which, for example, by means of a beam splitter multiple sub-beams is split, which then towards the editing object can be directed.

In vielen Fällen werden verschiedene Wellenlängen von Laserlicht verwendet um insbesondere verschiedene Materialien mit einer hohen Genauigkeit bearbeiten zu können. Zur Erzeugung von zwei oder mehreren unterschiedlichen Wellenlängen von Laserlicht werden üblicherweise zwei oder mehrere Laserlichtquellen verwendet. Alternativ kann auch ein einziger Laser verwendet werden, wobei der von diesem Laser ausgesandte Strahl durch die Verwendung von Strahlteilern in zumindest zwei Teilstrahlen aufgespalten wird und zumindest einer der beiden Strahlen durch einen nichtlinearen optischen Effekt (insbesondere einer sog. Frequenzvervielfachung) in seiner Wellenlänge verändert wird. Auf diese Weise können ebenso wie bei der Verwendung von zwei Laserlichtquellen mittels einer einzigen Laserlichtquelle zwei unterschiedliche Teilstrahlen erzeugt werden, wobei die spektrale Verteilung des einen Teilstrahls relativ zu der spektralen Verteilung des anderen Teilstrahls unterschiedlich ist. In many cases, different wavelengths of Laser light in particular uses different materials to be able to process with high accuracy. For generation of two or more different wavelengths of Laser light is usually two or more Laser light sources used. Alternatively, a single laser can be used can be used, the one emitted by this laser Beam through the use of beam splitters in at least two partial beams is split and at least one of the both beams through a non-linear optical effect (in particular a so-called frequency multiplication) in its Wavelength is changed. This way you can as well when using two laser light sources using one single laser light source two different partial beams are generated, the spectral distribution of one Partial beam relative to the spectral distribution of the other Partial beam is different.

Die gleichzeitige Verwendung von einem kurzwelligen Laserstrahl und einem langwelligen Laserstrahl ist insbesondere bei der Laserstrukturierung und dem Laserbohren von mehrschichtigen Leiterplatten erforderlich. Dabei können beispielsweise mittels des kurzwelligen Laserlichts, welches zudem in möglichst kurzen Laserpulsen auf das zu bearbeitende Objekt trifft, dünne Metallschichten abgetragen werden, welche sowohl auf der Oberfläche als auch im Inneren der mehrschichtigen Leiterplatten ausgebildet sind und welche verschiedene nichtleitende Schichten voneinander trennen. Das langwelligere Laserlicht wird dazu verwendet, um diese nichtleitenden Zwischenschichten präzise abzutragen. Auf diese Weise können beispielsweise Löcher mit einem Durchmesser von 20 µm oder weniger erzeugt werden, so dass durch eine nachfolgende Metallisierung eines lasergebohrten Lochs bestimmte metallische Zwischenschichten auf extrem kleinem Raum elektrisch leitend miteinander verbunden werden. The simultaneous use of a short-wave Laser beam and a long-wave laser beam is special in laser structuring and laser drilling of multilayer printed circuit boards required. You can for example by means of the short-wave laser light, which also in as short a laser pulse as possible on the material to be processed Object hits, thin layers of metal are removed, which both on the surface and inside the multilayer printed circuit boards are formed and which separate different non-conductive layers. The longer wavelength laser light is used to make this to remove non-conductive intermediate layers precisely. To this For example, holes with a diameter of 20 µm or less are generated, so that by a subsequent metallization of a laser drilled hole determined metallic intermediate layers in an extremely small space be electrically connected to each other.

Die Laserbearbeitung mittels zwei unterschiedlichen Wellenlängen erfolgt heutzutage üblicherweise dadurch, dass zwei Laserstrahlen mittels nebeneinander angeordneten Ablenkeinheiten zielgenau auf das zu bearbeitende Objekt gerichtet werden. Jede der Ablenkeinheiten weist üblicherweise zwei drehbar gelagerte Spiegel auf, so dass der auf das zu bearbeitende Objekt auftreffende Laserstrahl in einer x-y-Ebene positioniert werden kann. Die Anordnung der beiden Ablenkeinheiten hat den Nachteil, dass die beiden Laserstrahlen, sofern sie auf einen gemeinsamen Teilbereich des zu bearbeitenden Objekts gerichtet werden sollen, unter unterschiedlichen Winkeln auf die Bearbeitungsoberfläche auftreffen. Die unterschiedlichen Auftreffwinkel der beiden Laserstrahlen sind insbesondere für das Laserbohren von kleinen Löchern nachteilig, da aufgrund der unterschiedlichen Winkel der resultierende Durchmesser des gebohrten Loches mit zunehmender Lochtiefe insbesondere an der Oberkante des Lochs größer wird. Darüber hinaus werden bei großen Winkelabweichungen die Löcher schräg in das zu bearbeitende Objekt gebohrt. Damit ergibt sich beispielsweise bei Durchganglöchern für das Loch auf der einen Seite des Objekts eine andere Position als auf der gegenüberliegenden anderen Seite, so dass die Genauigkeit des gebohrten Lochs erheblich verschlechtert wird. Laser processing using two different methods Nowadays, wavelengths usually occur in that two Laser beams arranged side by side Deflection units aimed precisely at the object to be processed become. Each of the deflection units usually has two rotatable mirror, so that the towards processing object impinging laser beam in an x-y plane can be positioned. The arrangement of the two Deflection units has the disadvantage that the two laser beams, provided they are towards a common sub-area of the object to be processed, under different Impact angles on the processing surface. The are different angles of incidence of the two laser beams especially for laser drilling small holes disadvantageous because of the different angles of the resulting diameter of the drilled hole with increasing Hole depth becomes larger, especially at the top edge of the hole. In addition, the large angular deviations Drilled holes obliquely in the object to be processed. In order to results for example with through holes for the hole a different position on one side of the object than on the opposite other side, so the accuracy of the drilled hole is significantly deteriorated.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen zu schaffen, welche eine im wesentlichen senkrechte Bearbeitung von Objekten mittels zwei unterschiedlichen Laserstrahlen ermöglicht. The invention is therefore based on the object Device for processing objects using laser beams create an essentially vertical machining of objects using two different laser beams allows.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. This object is achieved by a device for Processing objects using laser beams with the characteristics of independent claim 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine möglichst senkrechte Bearbeitung von Objekten mittels zwei unterschiedlichen Laserstrahlen dann möglich ist, wenn die Strahlengänge der beiden Laserstrahlen mittels eines teilweise reflektierenden optischen Elements zumindest annähernd zusammengeführt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass die beiden Ablenkeinheiten im Prinzip in einem beliebigen Abstand voneinander angeordnet werden können, ohne dass dies zu einer Verschlechterung der Strahlführung der beiden auf das Objekt gerichteten Laserstrahlen aufgrund von stark unterschiedlichen Auftreffwinkeln führt. The invention is based on the knowledge that a vertical processing of objects using two different laser beams is possible if the Beam paths of the two laser beams by means of a partially reflective optical element at least approximately be brought together. The device according to the invention has the advantage that the two deflection units in principle any distance from each other can without worsening the Beam guidance of the two laser beams directed at the object due to very different angles of incidence.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere dann vorteilhaft zum Laserbohren eingesetzt werden, wenn die beiden Laserstrahlen derart an dem teilweise reflektierenden optischen Element überlagert werden, dass deren Strahlengänge im wesentlichen koaxial auf das zu bearbeitende Objekt auftreffen. Auf diese Weise können bei einer genauen Leistungssteuerung der beiden Laserstrahlen sowohl Durchgangslöcher als auch sog. Sacklöcher schnell und mit hoher Präzision gebohrt werden. The device according to the invention can then in particular can be used advantageously for laser drilling if the two Laser beams in this way on the partially reflective optical element are superimposed that their beam paths in essentially coaxial to the object to be processed incident. This way you can get an accurate Power control of the two laser beams both through holes and also so-called blind holes drilled quickly and with high precision become.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch dann vorteilhaft zum Laserbohren verwendet werden, wenn die zwei Laserstrahlen parallel mit einem bestimmten Versatz auf das zu bearbeitende Loch gelenkt werden. In diesem Fall können gleichzeitig zwei unterschiedliche Löcher gebohrt werden. The device according to the invention can also be used can be used advantageously for laser drilling when the two Laser beams in parallel with a certain offset towards that machining hole to be directed. In this case, you can two different holes are drilled at the same time.

Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass zur Bearbeitung eines Objekts zwei getrennte Laserstrahlen völlig unabhängig voneinander auf ein und dasselbe Bearbeitungsfeld gelenkt werden können. Dies eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten um mit einer einzigen Bearbeitungsmaschine verschiedenartige Objekte präzise und schnell bearbeiten zu können. The most important advantage of the device according to the invention is that to edit an object two separate laser beams on and off completely independently the same editing field can be controlled. This opens up a multitude of options around with a single one Processing machine different types of objects precise and to be able to work quickly.

Die Verwendung von Planfeldoptiken gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, dass die beiden Laserstrahlen innerhalb eines großen Bearbeitungsbereiches auf das zu bearbeitende Objekt gelenkt werden können, ohne dass sich die Strahlqualität aufgrund von unterschiedlichen Fokusbreiten ändert. Eine solche Änderung der Fokusbreiten tritt üblicherweise bei gewöhnlichen sog. sphärischen Linsen auf, bei welchen der Fokusbereich, d. h. der Bereich, bei dem bei verschiedenen Einfallswinkeln des Laserstrahls der Laserstrahl fokussiert wird, auf einer Kugeloberfläche liegt. Planfeldoptiken, welche auch als F- Theta-Objektive bezeichnet werden, zeichnen sich im Gegensatz zu den gewöhnlichen sphärischen Linsen dadurch aus, dass der Fokusbereich weitgehend unabhängig vom Einfallswinkel des auf die Planfeldoptik treffenden Lichtstrahls in einer Ebene liegt. Somit ermöglicht die Verwendung von Planfeldoptiken eine präzise Fokussierung der bearbeitenden Laserstrahlen innerhalb eines großen Bearbeitungsbereichs, so dass auch große Objekte ohne eine zwischenzeitliche Verschiebung und somit ohne Unterbrechung bearbeitet werden können. The use of plan field optics according to claim 2 has the Advantage that the two laser beams within a large Machining area directed to the object to be processed can be without the beam quality due to different focus widths changes. Such a change the focus widths usually occur with ordinary so-called spherical lenses on which the focus area, i.e. H. the area in which at different angles of incidence of the The laser beam is focused on a laser beam Ball surface lies. Plan field optics, which are also Theta lenses are called in contrast to the ordinary spherical lenses in that the Focus area largely independent of the angle of incidence of the the plane field optics striking light beam in one plane lies. This enables the use of flat field optics precise focusing of the processing laser beams within a large machining area, so even large ones Objects without an intermediate shift and therefore can be edited without interruption.

Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 3, bei der die beiden Ablenkeinheiten senkrecht zueinander angeordnet sind, hat den Vorteil, dass bei einer Nullstellung der beiden Ablenkeinheiten die beiden Laserstrahlen senkrecht zueinander auf das teilweise reflektierende optische Element auftreffen. The embodiment of the invention according to claim 3, wherein the two deflection units are arranged perpendicular to each other have the advantage that when the two are reset Deflection units the two laser beams perpendicular to each other impinge on the partially reflective optical element.

Dies erleichtert den Aufbau und insbesondere die optische Justierung einer entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtung, da bei einer Nullstellung der beiden Ablenkeinheiten die Laserstrahlen ausschließlich senkrecht oder parallel zu der Bearbeitungsoberfläche geführt werden können. This simplifies the structure and in particular the optical one Adjustment of a corresponding laser processing device, since with a zero position of the two deflection units Laser beams only perpendicular or parallel to that Machining surface can be performed.

Gemäß Anspruch 4 weisen die beiden Laserstrahlen unterschiedliche Wellenlängen auf und als teilweise reflektierendes Element wird ein dichroitischer Spiegel verwendet. Die Verwendung eines dichroitischen Spiegels hat gegenüber der Verwendung von herkömmlichen halbdurchlässigen Spiegeln den Vorteil, dass, geeignete spektrale Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften des dichroitischen Spiegels vorrausgesetzt, die von den beiden unterschiedlichen Laserstrahlen bereitgestellte Leistung ohne größere Verluste für die Bearbeitung des zu bearbeitenden Objekts verwendet werden kann. Im Gegensatz dazu würde bei der Verwendung eines herkömmlichen halbdurchlässigen Spiegels sowohl eine unerwünschte Reflexion des transmittierten Laserstrahls als auch eine unerwünschte Transmission des reflektierten Laserstrahls auftreten. Die Intensitäten dieser unerwünschten Laserstrahlen hätten dann eine Verlustleistung zur Folge, welche die thermische Stabilisierung einer Laserbearbeitungsmaschine im Falle der Strahlzusammenführung mittels eines herkömmlichen halbdurchlässigen Spiegels erschweren würde. Somit erleichtert die Verwendung eines auf die Wellenlängen der beiden Laserstrahlen abgestimmten dichroitischen Spiegels aufgrund der Reduzierung der Verlustleistung die thermische Stabilisierung der Laserbearbeitungsmaschine und trägt dadurch zu einer zeitlich gleichbleibenden hohen Bearbeitungsgenauigkeit bei. According to claim 4, the two laser beams different wavelengths on and as partially reflective Element uses a dichroic mirror. The Using a dichroic mirror has over the Use of conventional semi-transparent mirrors Advantage that, suitable spectral reflection or Assuming transmission properties of the dichroic mirror, that of the two different laser beams Service provided without major losses for processing of the object to be edited can be used. in the Contrary to this, when using a conventional one semitransparent mirror both an undesirable reflection of the transmitted laser beam as well as an undesirable one Transmission of the reflected laser beam occur. The Then intensities of these unwanted laser beams would have a power loss resulting in the thermal Stabilization of a laser processing machine in the case of Beam merging using a conventional semi-transparent mirror would complicate. Thus, the Use one on the wavelengths of the two Laser beams matched dichroic mirror due to the Reduction of the power loss the thermal stabilization of the Laser processing machine and thereby contributes to a temporal constant high machining accuracy.

Gemäß Anspruch 5 wird zur Erzeugung des ersten Laserstrahls ein erster Laser und zur Erzeugung des zweiten Laserstrahls ein zweiter Laser verwendet. According to claim 5 is used to generate the first laser beam a first laser and for generating the second laser beam a second laser is used.

Alternativ zu der Verwendung von zwei Laserlichtquellen können gemäß Anspruch 6 die beiden Laserstrahlen auch durch einen einzigen Laser erzeugt werden, wobei die spektrale Verteilung von zumindest einem der beiden Laserstrahlen durch eine sog. Frequenzkonversion verändert wird. Eine Frequenzkonversion, bei der die Frequenz des primären Laserstrahls erhöht wird, stellt beispielsweise eine Frequenzvervielfachung innerhalb eines optisch nichtlinearen Kristalls dar. Ebenso kann mittels einer Frequenzkonversion aber auch die Frequenz des primären Laserlichts verringert werden. Dies kann beispielsweise durch eine Frequenzmischung erfolgen, bei der zwei unterschiedliche Lichtstrahlen mit zueinander unterschiedlicher spektraler Verteilung in einem optisch nichtlinearen Kristall räumlich überlagert werden, so dass sowohl die Summenfrequenz als auch insbesondere die Differenzfrequenz zwischen den Frequenzen der beiden gemischten Lichtstrahlen erzeugt wird. As an alternative to using two laser light sources can according to claim 6, the two laser beams a single laser can be generated, the spectral Distribution of at least one of the two laser beams a so-called frequency conversion is changed. A Frequency conversion at which the frequency of the primary laser beam is raised, for example Frequency multiplication within an optically nonlinear crystal. Likewise, the frequency conversion can also Frequency of the primary laser light can be reduced. This can be done, for example, by frequency mixing of two different light beams with each other different spectral distribution in one optical nonlinear crystal can be spatially superimposed, so that both the sum frequency as well as in particular the Differential frequency between the frequencies of the two mixed Rays of light is generated.

Eine effiziente Strahlzusammenführung ohne die Verlustleistungen von unerwünscht reflektierten bzw. unerwünscht transmittierten Laserstrahlen kann auch bei zwei Laserstrahlen mit gleichen Wellenlängen erreicht werden. Dazu wird gemäß Anspruch 7 ein polarisationsabhängiger Spiegel als teilweise reflektierendes optisches Element verwendet. Die effiziente Verwendung eines polarisationsabhängigen Reflektors setzt voraus, dass die Polarisationsrichtungen der beiden Laserstrahlen unterschiedlich, am besten senkrecht zueinander sind. Als polarisationsabhängige Spiegel können beispielsweise ein sog. Nikol'sches Prisma oder im Prinzip jedes andere optisch aktive Material verwendet werden, welches für unterschiedliche Polarisationsrichtungen jeweils unterschiedliche Brechungsindizes aufweist. An efficient beam merging without that Power losses from undesirably reflected or undesirable transmitted laser beams can also be used with two Laser beams with the same wavelengths can be achieved. This will according to claim 7, a polarization-dependent mirror as partially reflective optical element used. The efficient use of a polarization-dependent reflector assumes that the polarization directions of the two Laser beams differ, preferably perpendicular to each other are. Can be used as a polarization-dependent mirror for example a so-called Nikol's prism or in principle any other optically active material can be used, which for different directions of polarization each different Has refractive indices.

Die Polarisationsrichtung von auf dem polarisationsabhängigen Spiegel auftreffenden Lichtstrahlen kann durch einen optisch aktiven Kristall beeinflusst werden. So kann zum Beispiel ein zunächst in einer bestimmten Richtung linear polarisierter Lichtstrahl durch ein sog. λ/4-Plättchen um 90° gedreht werden. Als polarisationsrotierende Elemente können aber auch andere Materialien verwendet werden, deren optische Aktivität auf dem magnetooptischen Effekt (Faraday-Effekt) oder auf dem elektrooptischen Kerr- oder Pockelseffekt beruht. Ferner wird darauf hingewiesen, dass polarisierende optische Elemente, wie beispielsweise eine Polarisatorfolie oder auch ein Nikol- Prisma verwendet werden können, um aus einem zunächst unpolarisierten Lichtstrahl einen polarisierten Lichtstrahl zu erzeugen. The direction of polarization depends on the polarization Light rays hitting the mirror can be optically active crystal can be influenced. For example, a initially linearly polarized in a certain direction Light beam rotated through 90 ° by a so-called λ / 4 plate become. However, as polarization-rotating elements other materials are used, their optical activity on the magneto-optical effect (Faraday effect) or on the electro-optical Kerr or Pockels effect. Furthermore, pointed out that polarizing optical elements, such as a polarizer film or a Nikol Prism can be used to start from one unpolarized light beam to a polarized light beam produce.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Further advantages and features of the present invention result from the following exemplary description currently preferred embodiments.

In der Zeichnung zeigen Show in the drawing

Fig. 1 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 1 shows a laser processing device according to a first embodiment of the invention and

Fig. 2 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 shows a laser processing device according to a second embodiment of the invention.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 erlaubt die Bearbeitung eines Objekts (nicht dargestellt) durch zwei Laserstrahlen mit zueinander unterschiedlicher spektraler Verteilung. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der Strahlengang eines ersten Laserstrahls 110 mittels einer Ablenkeinheit 111 variiert. Die Ablenkeinheit 111 weist zumindest zwei gegeneinander verkippte Spiegel auf, welche mittels einer Steuereinheit (nicht dargestellt) derart bewegt werden können, dass der erste Laserstrahl 110 in einer Ebene senkrecht zu der Ausbreitung des ersten Laserstrahls 110 ausgelenkt wird. Entsprechend wird der Strahlengang eines zweiten Laserstrahls 120 mittels einer zweiten Ablenkeinheit 121 variiert, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung senkrecht zu der ersten Ablenkeinheit 111 angeordnet ist. Ebenso wie die erste Ablenkeinheit 111 weist die zweite Ablenkeinheit 121 zwei gegeneinander verkippte Spiegel auf, die den Strahlengang des zweiten Laserstrahls 120 entsprechend der Ansteuerung der Ablenkeinheit 121 durch eine nicht dargestellte Steuereinheit manipuliert. Fig. 1 shows a schematic representation of a laser machining apparatus 100 according to a first embodiment of the invention. The laser processing device 100 allows the processing of an object (not shown) by two laser beams with different spectral distributions. As can be seen from FIG. 1, the beam path of a first laser beam 110 is varied by means of a deflection unit 111 . The deflection unit 111 has at least two mutually tilted mirrors which (not shown) by means of a control unit can be moved such that the first laser beam 110 is deflected perpendicular to the propagation of the first laser beam 110 in a plane. The beam path of a second laser beam 120 is correspondingly varied by means of a second deflection unit 121 which, according to the exemplary embodiment of the invention shown here, is arranged perpendicular to the first deflection unit 111 . Just like the first deflection unit 111 , the second deflection unit 121 has two mirrors tilted towards one another, which manipulates the beam path of the second laser beam 120 in accordance with the control of the deflection unit 121 by a control unit (not shown).

Die zweite Ablenkeinheit 121 weist gegenüber der ersten Ablenkeinheit 111 zusätzlich einen weiteren Reflektor auf, so dass bei einer parallelen Ausrichtung der primär auf die beiden Ablenkeinheiten einfallenden Laserstrahlen 110 und 120 die Strahlengänge der von den beiden Ablenkeinheiten austretenden Laserstrahlen bevorzugt in einem Winkel von 90° zueinander verlaufen. Alternativ zu einem weiteren Reflektor kann auch die Nullstellung von zumindest einem der beiden Spiegel der zweiten Ablenkeinheit 121 gegenüber den Spiegeln der ersten Ablenkeinheit 111 entsprechend verstellt sein. Als weitere aufgrund der Verwendung von baugleichen Komponenten besonders bevorzugte Alternative kann als zweite Ablenkeinheit 121 eine der ersten Ablenkeinheit 111 identische Ablenkeinheit ohne zusätzlichen Reflektor verwendet werden. In diesem Fall müsste der auf die Ablenkeinheit 121 auftreffende Laserstrahl 120 senkrecht zu dem ersten Laserstrahl 110 ausgerichtet sein. Dies kann auf einfache Weise mit einem zusätzlichen Reflektor realisiert werden, welcher den auf die Ablenkeinheit 121 treffenden Laserstrahl 120 bevorzugt um 90° ablenkt. Compared to the first deflection unit 111, the second deflection unit 121 additionally has a further reflector, so that when the laser beams 110 and 120 primarily incident on the two deflection units are aligned in parallel, the beam paths of the laser beams emerging from the two deflection units are preferably at an angle of 90 ° to one another run. As an alternative to a further reflector, the zero position of at least one of the two mirrors of the second deflection unit 121 relative to the mirrors of the first deflection unit 111 can also be adjusted accordingly. As a further alternative which is particularly preferred due to the use of identical components, a deflection unit identical to the first deflection unit 111 without an additional reflector can be used as the second deflection unit 121 . In this case, the laser beam 120 impinging on the deflection unit 121 would have to be aligned perpendicular to the first laser beam 110 . This can be implemented in a simple manner with an additional reflector, which deflects the laser beam 120 striking the deflection unit 121 preferably by 90 °.

In dem Strahlengang 110 bzw. 120 befindet sich ferner eine Planfeldoptik 112 bzw. 122, welche in unmittelbarer Nähe der Ablenkeinheit 111 bzw. 121 angeordnet ist. Die Strahlenzusammenführung der beiden Laserstrahlen 110 und 120 erfolgt mittels eines dichroitischen Spiegels 130. Der dichroitische Spiegel 130 zeichnet sich durch einen hohen Transmissionskoeffizienten für das Licht des ersten Laserstrahls 110 und durch einen hohen Reflexionskoeffizienten für das Licht des zweiten Laserstrahls 120 aus. Der durch den dichroitischen Spiegel 130 transmittierte erste Laserstrahl 110 und der von dem dichroitischen Spiegel 130 reflektierte zweite Laserstrahl 120 werden bei geeigneter Wahl der Brennweiten der beiden Planfeldoptiken 112 und 122 auf die Bearbeitungsebene 140 fokussiert. In the beam path 110 or 120 there is also a plane field optics 112 or 122 which is arranged in the immediate vicinity of the deflection unit 111 or 121 . The two laser beams 110 and 120 are brought together by means of a dichroic mirror 130 . The dichroic mirror 130 is distinguished by a high transmission coefficient for the light of the first laser beam 110 and by a high reflection coefficient for the light of the second laser beam 120 . The first laser beam 110 transmitted by the dichroic mirror 130 and the second laser beam 120 reflected by the dichroic mirror 130 are focused on the processing plane 140 with a suitable choice of the focal lengths of the two plane field optics 112 and 122 .

Es wird darauf hingewiesen, dass die spektralen Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften des dichroitischen Spiegels 130 sorgfältig auf die Wellenlängen der beiden Laserstrahlen 110 und 120 abgestimmt werden sollten. Eine effiziente Strahlenzusammenführung ohne große Verluste durch unerwünscht transmittiertes Licht des zweiten Laserstrahls 120 und unerwünscht reflektiertes Licht des ersten Laserstrahls 110 kann insbesondere dann erreicht werden, wenn die Differenz der Wellenlängen der beiden Laserstrahlen 110 und 120 so groß ist, dass der dichroitische Spiegel 130 für den Laserstrahl 110 einen Transmissionskoeffizienten von möglichst nahe bei 100% und für den Laserstrahl 120 einen Reflexionskoeffizienten von möglichst nahe bei 100% aufweist. In Verbindung mit Nd:YAG-, Nd:YVO₄-, Nd:YLF-, Excimer-Lasern und Co₂-Lasern eignen sich insbesondere die Wellenlängenkombinationen 355 nm und 532 nm, 355 nm und 1064 nm, 532 nm und 1064 nm, 355 nm und 9,2 µm bis 10,6 µm sowie 532 nm und 9,2 µm bis 10,6 µm. It is pointed out that the spectral reflection or transmission properties of the dichroic mirror 130 should be carefully matched to the wavelengths of the two laser beams 110 and 120 . Efficient beam merging without large losses through undesirably transmitted light from the second laser beam 120 and undesirably reflected light from the first laser beam 110 can be achieved in particular if the difference in the wavelengths of the two laser beams 110 and 120 is so large that the dichroic mirror 130 for the Laser beam 110 has a transmission coefficient of as close as possible to 100% and for the laser beam 120 a reflection coefficient of as close as possible to 100%. In combination with Nd: YAG, Nd: YVO ₄ , Nd: YLF, excimer lasers and Co ₂ lasers, the wavelength combinations 355 nm and 532 nm, 355 nm and 1064 nm, 532 nm and 1064 nm are particularly suitable. 355 nm and 9.2 µm to 10.6 µm as well as 532 nm and 9.2 µm to 10.6 µm.

In die Strahlengänge der beiden Laserstrahlen 110 und 120 können außerdem in Fig. 1 nicht dargestellte herkömmliche sog. Strahlaufweiter eingebracht werden können, so dass die beiden Laserstrahlen 110 und 120 mit unterschiedlicher Fokusbreite auf die Bearbeitungsebene 140 abgebildet werden können. Diese Strahlaufweiter können ferner für eine Feinjustage der beiden Laserstrahlen 110 und 120 verwendet werden. Durch Verstellen der Strahlaufweiter kann außerdem die Fokusebene des entsprechenden Laserstrahls verstellt werden, so dass eine Laserbearbeitung in unterschiedlichen Ebenen möglich ist. In the beam paths of the two laser beams 110 and 120 may also in Fig. 1 illustrated conventional so-called. Beam can not be introduced, so that the two laser beams 110 and 120 can be imaged with different focus width to the working plane 140th These beam expanders can also be used for fine adjustment of the two laser beams 110 and 120 . By adjusting the beam expander, the focal plane of the corresponding laser beam can also be adjusted, so that laser processing in different planes is possible.

Das Verändern der Fokusebene kann außerdem dazu verändert werden, um ein zuvor gebohrtes Loch von störenden Materialspuren zu befreien. Solche Materialspuren sind beispielsweise durch das Bohren entstandene Grate oder in dem gebohrten Loch befindliche Späne. Bei einem derartigen Reinigungsprozess wird die Fokusverschiebung gerade so groß gewählt, dass die resultierende Strahlintensität in dem gebohrten Loch gerade so stark ist, dass einerseits die störenden Materialspuren möglichst vollständig entfernt werden und andererseits der Materialabtrag an der Leiterplatte so klein ist, dass die Geometrie des zuvor gebohrten Lochs nicht verändert wird. Changing the focus level can also do this to be a previously drilled hole from annoying Free traces of material. Such traces of material are, for example burrs created by drilling or in the drilled hole existing chips. With such a cleaning process the focus shift is chosen so large that the resulting beam intensity in the drilled hole straight is so strong that on the one hand the annoying traces of material removed as completely as possible and on the other hand the Material removal on the circuit board is so small that the Geometry of the previously drilled hole is not changed.

Ferner wird darauf hingewiesen, dass bei der Transmission des ersten Laserstrahls 110 durch den dichroitischen Spiegel 130 ein Strahlversatz auftritt, dessen Größe von dem Brechungsindex des Spiegelsubstrats, von dessen Dicke und insbesondere von dem Winkel abhängt, unter dem der erste Laserstrahl 110 auf den dichroitischen Spiegel 130 auftrifft. Durch die Verwendung der telezentrischen Planfeldoptik 112 wird die Winkelabhängigkeit des Strahlversatzes erheblich reduziert. Furthermore, it is pointed out that when the first laser beam 110 is transmitted through the dichroic mirror 130, a beam offset occurs, the size of which depends on the refractive index of the mirror substrate, on its thickness and in particular on the angle at which the first laser beam 110 onto the dichroic mirror 130 hits. The angle dependency of the beam offset is considerably reduced by using the telecentric plane field optics 112 .

Eine hohe Präzision der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 wird durch eine regelmäßige Kalibrierung gewährleistet, welche für die beiden Laserstrahlen 110 und 120 unabhängig voneinander durchgeführt wird. Dabei wird jeweils sowohl die Soll- Position, an welcher der jeweilige Laserstrahl auf ein Objekt treffen soll, als auch die Ist-Position, an welcher der jeweilige Laserstrahl auf das Objekt trifft, mit einer Bilderfassungsvorrichtung erfasst. Die Abweichung der Soll-Position von der Ist-Position wird in einer sog. Verzerrungstabelle gespeichert. Diese wird für die nachfolgende Ansteuerung der jeweiligen Ablenkeinheit derart berücksichtigt, dass innerhalb des gesamten Arbeitsbereiches die zuvor ermittelten Abweichungen zwischen Soll-Position und Ist-Position möglichst kompensiert werden. A high precision of the laser processing device 100 is ensured by regular calibration, which is carried out independently of one another for the two laser beams 110 and 120 . Both the target position at which the respective laser beam should strike an object and the actual position at which the respective laser beam hits the object are captured with an image capture device. The deviation of the target position from the actual position is stored in a so-called distortion table. This is taken into account for the subsequent activation of the respective deflection unit in such a way that the previously determined deviations between the target position and the actual position are compensated for as far as possible within the entire working range.

Fig. 2 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung 100a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100a ermöglicht eine Strahlenzusammenführung des ersten Laserstrahls 110 mit dem zweiten Laserstrahl 120, wobei die spektrale Verteilung der beiden Laserstrahlen 110 und 120 sowohl unterschiedlich als auch gleich sein kann. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100a unterscheidet sich von der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 in dem teilweise reflektierenden optischen Element, welches bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 100a ein polarisationsabhängiger Spiegel 130a ist. Eine effiziente Strahlzusammenführung ohne eine hohe unerwünschte transmittierte Lichtintensität des zweiten Laserstrahls 120 und ohne eine hohe unerwünschte reflektierte Lichtintensität des Laserstrahls 110 wird am besten dadurch erreicht, dass die Polarisationsrichtungen der auf dem polarisationsabhängigen Spiegel 130a auftreffenden Laserstrahlen 110 und 120 möglichst unterschiedlich sind. Fig. 2 shows a laser processing device 100 a according to a second embodiment of the invention. The laser processing device 100 a enables the first laser beam 110 to be combined with the second laser beam 120 , the spectral distribution of the two laser beams 110 and 120 being both different and the same. The laser processing device 100 a differs from the laser processing device 100 in the partially reflecting optical element, which in the laser processing device 100 a is a polarization-dependent mirror 130 a. An efficient beam combination without a high undesired transmitted light intensity of the second laser beam 120 and without a high undesired reflected light intensity of the laser beam 110 is best achieved in that the polarization directions of the laser beams 110 and 120 incident on the polarization-dependent mirror 130 a are as different as possible.

Dies wird gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch einen sog. Polarisationsrotator 150 gewährleistet, welcher die Polarisationsrichtung bzw. die Art der Polarisation des zweiten Laserstrahls 120 verändert. Die Verwendung des Polarisationsrotators 150 eignet sich insbesondere dann, wenn die beiden Laserstrahlen 110 und 120 von ein und demselben Laser über eine herkömmliche Strahlteilung generiert werden oder wenn die beiden Laserlichtquellen derart montiert sind, dass die jeweiligen Polarisationsrichtungen der beiden ausgesandten Laserstrahlen 110 und 120 gleich sind. According to the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 2, this is ensured by a so-called polarization rotator 150 , which changes the direction of polarization or the type of polarization of the second laser beam 120 . The use of the polarization rotator 150 is particularly suitable when the two laser beams 110 and 120 are generated by one and the same laser via conventional beam splitting or when the two laser light sources are mounted in such a way that the respective polarization directions of the two emitted laser beams 110 and 120 are the same ,

Es wird darauf hingewiesen, dass die unterschiedliche Polarisation der beiden Laserstrahlen 110 und 120 auch ohne die Verwendung eines Polarisationsrotators 150 erreicht werden kann, indem die beiden die beiden Laserstrahlen 110 und 120 erzeugenden Laserlichtquellen in unterschiedlichen räumlichen Orientierungen angeordnet werden. It is pointed out that the different polarization of the two laser beams 110 and 120 can also be achieved without the use of a polarization rotator 150 by arranging the two laser light sources generating the two laser beams 110 and 120 in different spatial orientations.

Die Kalibrierung der Laserbearbeitungsvorrichtung 100a erfolgt auf die gleiche Art wie die Kalibrierung der oben anhand von Fig. 1 beschriebene Laserbearbeitungsvorrichtung 100. The calibration of the laser processing apparatus 100A is carried out in the same manner as the calibration of the above with reference to FIG. 1 described laser processing apparatus 100.

Zusammenfassend schafft die Erfindung eine Laserbearbeitungsvorrichtung 100, mit der in einem einzigen Bearbeitungsprozess zwei voneinander unabhängige Laserstrahlen 110, 120 auf das gleiche Bearbeitungsfeld gelenkt werden können. Dies wird ermöglicht durch die Verwendung eines zumindest teilweise reflektierenden optischen Elements 130, welches derart ausgebildet ist, dass der erste Laserstrahl 110 im wesentlichen transmittiert wird und der zweite Laserstrahl 120 im wesentlichen reflektiert wird. Die Strahlengänge der beiden Laserstrahlen 110 und 120 werden vor dem Auftreffen auf das zumindest teilweise reflektierende optische Element 130 unabhängig voneinander durch zwei Ablenkeinheiten 111 und 121 variiert. Damit ergeben sich insbesondere folgende vorteilhafte Möglichkeiten für eine Materialbearbeitung:

- Man kann auf ein und demselben Bearbeitungsfeld mit zwei individuell ablenkbaren Laserstrahlen arbeiten.
- Bei der Verwendung von Laserstrahlen mit derselben Wellenlänge kann man durch die gleichzeitige Bearbeitung von zwei nebeneinander angeordneten unterschiedlichen Strukturen eine doppelte Bearbeitungsgeschwindigkeit erreichen.
- Bei der Verwendung von gepulsten Laserstrahlen kann man durch eine koaxiale Überlagerung der beiden Laserstrahlen durch einen zeitlichen Versatz der Pulsfolgen der beiden Laserstrahlen die Materialbearbeitung mit der doppelten Pulsfrequenz durchführen. Dies ist insbesondere beim Bohren von Löchern vorteilhaft.
- Man kann Laserstrahlen mit voneinander unterschiedlichen Wellenlängen koaxial überlagern und somit in einem Schritt nahezu gleichzeitig an der selben Stelle zwei Bearbeitungsschritte durchführen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in den beiden Bearbeitungsschritten jeweils unterschiedliche Materialien abzutragen sind, die in dem zu bearbeitenden Objekt übereinander angeordnet sind.

In summary, the invention provides a laser processing device 100 with which two independent laser beams 110 , 120 can be directed onto the same processing field in a single processing process. This is made possible by using an at least partially reflective optical element 130 , which is designed such that the first laser beam 110 is essentially transmitted and the second laser beam 120 is essentially reflected. The beam paths of the two laser beams 110 and 120 are varied independently of one another by two deflection units 111 and 121 before they strike the at least partially reflective optical element 130 . This results in the following advantageous options for material processing:

- You can work on the same processing field with two individually deflectable laser beams.
- When using laser beams with the same wavelength, double processing speed can be achieved by simultaneously processing two different structures arranged side by side.
- When using pulsed laser beams, the material processing can be carried out at twice the pulse frequency by a coaxial superposition of the two laser beams by a temporal offset of the pulse sequences of the two laser beams. This is particularly advantageous when drilling holes.
- Laser beams with different wavelengths can be coaxially superimposed and thus two processing steps can be carried out in one step almost simultaneously at the same point. This is particularly advantageous if different materials are to be removed in each of the two processing steps, which are arranged one above the other in the object to be processed.

Claims

1. Device for processing objects using laser beams, with
a first deflection unit ( 111 ) which directs a first laser beam ( 110 ) via a first imaging optics ( 112 ) onto a partially reflecting element ( 130 ), and
a second deflection unit ( 121 ) which directs a second laser beam ( 120 ) onto the partially reflecting element ( 130 ) via a second imaging optics ( 122 ),
wherein the partially reflective optical element ( 130 ) is designed such that it essentially transmits the first laser beam ( 110 ) and essentially reflects the second laser beam ( 120 ) and
the partially reflective optical element ( 130 ) being arranged relative to an object to be processed such that the two laser beams ( 110 , 120 ) are directed onto the object after transmission or after reflection.

2. The apparatus of claim 1, wherein the first imaging optics ( 112 ) has at least one first plan field optics and / or the second imaging optics ( 122 ) has at least one second plan field optics.

3. Device according to one of claims 1 to 2, wherein the two deflection units ( 111 , 121 ) are arranged perpendicular to each other.

4. Device according to one of claims 1 to 3, in which
the spectral distribution of the first laser beam ( 110 ) has a first wavelength,
the spectral distribution of the second laser beam ( 120 ) has a second wavelength which is different from the first wavelength, and
the partially reflective element ( 130 ) is a dichroic mirror.

5. The device according to claim 4, additionally with
a first laser which generates the first laser beam ( 110 ), and
a second laser, which generates the second laser beam ( 120 ).

6. The device according to claim 4, wherein a laser is provided,
which generates the first laser beam ( 110 ) directly or indirectly via a frequency conversion and
which indirectly generates the second laser beam ( 120 ) via a frequency conversion.

7. Device according to one of claims 1 to 3, in which
the partially reflecting optical element ( 130 ) is a polarization-dependent mirror, the reflectivity of which depends on the polarization of the light striking the polarization-dependent mirror, and
the direction of polarization of the first laser beam ( 110 ) striking the polarization-dependent mirror is substantially perpendicular to the direction of polarization of the second laser beam ( 120 ) striking the polarization-dependent mirror.

8. The device according to claim 7, wherein a polarization rotator ( 150 ) is provided which changes the direction of polarization of the second laser beam ( 120 ) striking the polarization-dependent mirror.